三種羅漢松季節(jié)性生理生化指標(biāo)變化比較

黃相玲，朱栗瓊，陳惠昕，何晶晶，黃英鎊，招禮軍

（廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004）

在植物長期的生長發(fā)育歷程中，植物會不可避免地經(jīng)歷多種環(huán)境因子季節(jié)性的變化，植物的生理特性也會呈季節(jié)性的動態(tài)變化。有研究表明，巨尾桉與其他4種針葉樹和闊葉樹在不同季節(jié)中葉綠素、可溶性糖含量等方面存在差異，發(fā)現(xiàn)葉片中葉綠素含量表現(xiàn)為夏季最高、冬季最低，可溶性糖含量為夏季最高、秋季最低等規(guī)律[1]；對蒿柳在不同生長期階段的研究表明，夏季蒿柳的凈光合速率、葉綠素含量以及SOD、POD、PPO、苯丙氨酸解氨酶活性均顯著高于秋季[2]；宜麗娜[3]研究發(fā)現(xiàn)，廣西貓兒山中3種落葉樹在春季時SOD、POD活性和可溶性糖、可溶性蛋白、MDA含量均處于較高水平，而在冬季低溫情況下3種常綠植物葉片中SOD、POD、CAT活性則較高。我國是一個植物物種豐富的國家，目前對植物生理生化指標(biāo)的季節(jié)性動態(tài)變化的研究也逐漸成為熱點。通過對植物季節(jié)性生理變化的研究，可以揭示植物與物候季節(jié)性變化之間的關(guān)系，探討植物與生長環(huán)境之間季節(jié)性的適應(yīng)機制，以期為苗木抗性品種的選育提供科學(xué)的理論參考，同時為植物物種多樣性的保護提供新的思路和方法。

羅漢松（Podocarpus macrophyllus）是羅漢松科（Podocarpaceae）羅漢松屬（Podocarpus）的綠喬木或灌木，是古老的裸子植物，葉條形、披針形、橢圓狀卵形或鱗形，螺旋狀排列，近對生或交叉對生，基部通常不扭轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)成兩列，是我國國家二級保護植物，主要分布于我國長江以南各省[4]。其樹型美觀，寓意“長壽”，是我國南方庭院觀賞、園林綠化優(yōu)先考慮引進的樹種，我國約有2屬14種。羅漢松除了具有較高的美學(xué)觀賞價值外，在醫(yī)學(xué)上藥用價值也顯赫，其根、皮、果實均可入藥治療多種疑難雜癥。因此，對羅漢松的季節(jié)性生理變化研究具有重大意義，分析不同品種在季節(jié)上的動態(tài)變化規(guī)律可為羅漢松優(yōu)良品種的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

廣西南寧市隆安縣金惠園林花木場位于廣西西南部，位于北回歸線以南，地理位置為107°40′～108°11′E、22°18′～23°14′N，屬南亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，炎熱多雨，冬短夏長。年平均降雨量1 301 mm，年內(nèi)降雨量分配很不均勻，季節(jié)性較強，降雨多集中在夏季。多年平均氣溫21.8℃，多年平均最高月氣溫28.4℃，最低月平均氣溫13.2℃。

供試材料為采自廣西南寧市隆安縣金惠園林花木場的4年生羅漢松屬植物——貴妃羅漢松、海南羅漢松、廣西本地羅漢松葉片，于2017年3、6、9、12月上旬晴天采樣。選取生長一致的、3個不同品種的4年生羅漢松各20（雌雄各10株）株，每個植株采3個平行樣，均選擇向陽面采集相同葉位和相同葉齡的葉片作為試驗材料，裝入樣品袋放入冰盒帶回實驗室，置于-20℃冰箱低溫保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗方法

1.2.1 滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)含量測定 可溶性糖含量采用蒽酮比色法[5]測定，可溶性蛋白含量采用G-250考馬斯亮藍法[5]測定，游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法[6]測定。

1.2.2 保護酶活性測定 過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚比色法[7]測定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用NBT光化還原法[8]測定，過氧化氫酶（CAT）活性采用分光光度法[9]測定。

1.2.3 光合色素含量測定 采用乙醇、丙酮（1∶1）浸提法[10]測定光合色素含量。

試驗數(shù)據(jù)采用Origin 8.5作圖，用SPSS 17.0進行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種羅漢松滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)含量季節(jié)性變化

可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸是植物的三大滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)，可維持植物體內(nèi)滲透壓平衡。3種羅漢松滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)含量季節(jié)性變化結(jié)果見圖1～圖3。從圖1可以看出，3種羅漢松可溶糖含量表現(xiàn)為貴妃羅漢松（63.75 mg/g，F(xiàn)W）＞海南羅漢松（56.25 mg/g，F(xiàn)W）＞本地羅漢松（38.25 mg/g，F(xiàn)W）。在季節(jié)性變化上除了貴妃羅漢松可溶性糖含量在春季達到最大外，海南羅漢松、本地羅漢松均在冬季達到最大。通過季節(jié)性間的方差分析可知，貴妃羅漢松可溶性糖含量除在秋季和冬季間差異不明顯外、其余季節(jié)間差異均顯著，海南羅漢松可溶性糖含量在春夏秋冬四季差異均顯著，本地羅漢松可溶性糖含量在春夏季節(jié)間差異不明顯且含量較低。由圖2可知，3種羅漢松可溶性蛋白含量的動態(tài)變化趨勢基本一致，表現(xiàn)為在秋季植株葉片可溶性蛋白含量達到最高，而夏季降到最低，在春冬季節(jié)逐步表現(xiàn)為上升變化的趨勢，其具體為貴妃羅漢松的可溶性蛋白含量變化規(guī)律是：秋季＞春季＞夏季＞冬季，而海南羅漢松、本地羅漢松均表現(xiàn)為秋季＞春季＞冬季＞夏季。秋季的本地羅漢松可溶性蛋白含量最大為14.28 mg/g冬季的貴妃羅漢松可溶性蛋白含量最低為6.47 mg/g，3種羅漢的平均可溶性蛋白含量規(guī)律為海南羅漢松（10.16 mg/g，F(xiàn)W）＞本地羅漢松（9.95 mg/g，F(xiàn)W）＞貴妃羅漢松（8.09 mg/g，F(xiàn)W）。由圖3可知，海南羅漢松脯氨酸含量動態(tài)變化趨勢與本地羅漢松基本一致、均表現(xiàn)為秋季＞春季＞冬季＞夏季，而貴妃羅漢松脯氨酸含量季節(jié)性動態(tài)變化為冬季＞春季＞秋季＞夏季且各季節(jié)間變化相對平緩。由季節(jié)性間的方差分析可知，貴妃羅漢松與海南羅漢松均表現(xiàn)為在春、秋兩個季節(jié)上無明顯變化，而本地羅漢松在春、冬兩個季節(jié)間表現(xiàn)為差異顯著。

圖1 3種羅漢松可溶性糖含量季節(jié)性變化

圖2 3種羅漢松可溶性蛋白含量季節(jié)性變化

圖3 3種羅漢松脯氨酸含量季節(jié)性變化

2.2 3種羅漢松保護酶活性季節(jié)性變化

SOD、POD、CAT是植物的三大保護酶系統(tǒng)，3種酶共同相互作用可以減少植物體內(nèi)因過多的氧自由基造成的傷害。3種羅漢松保護酶活性季節(jié)動態(tài)變化結(jié)果見圖4～圖6，圖4顯示，3種羅漢松葉片SOD活性四季動態(tài)變化趨勢基本一致、呈先升后降的趨勢，變化規(guī)律為秋季＞冬季＞春季＞夏季。由方差分析可知，在不同季節(jié)間SOD活性差異明顯，說明季節(jié)性變化對3種羅漢松SOD活性有明顯影響。秋季，3種羅漢松SOD活性達到最大值，其中海南羅漢松SOD活性最高為653.29 U/g·min，SOD活性表現(xiàn)為海南羅漢松（489.23 U/g·min）＞本地羅漢松（390.14 U/g·min）＞貴妃羅漢松（291.53 U/g·min）。由圖5可知，3種羅漢松葉片POD活性表現(xiàn)為春季＞夏季＞冬季＞秋季，由季節(jié)間方差分析可知，貴妃羅漢松POD活性四季差異顯著，海南羅漢松、本地羅漢松均在春夏季節(jié)間差異不明顯。3種羅漢松POD活性變化順序為海南羅漢松（727.26 U/g·min）＞本地羅漢松（582.97 U/g·min）＞貴妃羅漢松（438.86 U/g·min）且均在春季達到最大，其中海南羅漢松POD活性最高為932.41 U/g·min。由圖6可知，3種羅漢松CAT活性季節(jié)動態(tài)變化規(guī)律一致、均表現(xiàn)為冬季＞夏季＞春季＞秋季。通過方差分析可知，海南羅漢松CAT活性四季差異均顯著，表明季節(jié)變化對海南羅漢松CAT活性影響明顯，而貴妃羅漢松、本地羅漢松在春夏季節(jié)間差異均不顯著。3種羅漢松CAT活性的排序為海南羅漢松（785.59 U/g·min）＞本地羅漢松（578.70 U/g·min）＞貴妃羅漢松（550.64 U/g·min）。

圖4 3種羅漢松SOD活性季節(jié)性變化

圖5 3種羅漢松POD活性季節(jié)性變化

圖6 3種羅漢松CAT活性季節(jié)性變化

2.3 3種羅漢松光合色素含量季節(jié)性變化

植物光合色素直接與光合作用緊密相關(guān)，影響植物能量的累積。3種羅漢松葉片光合色素含量的季節(jié)性變化結(jié)果見表1。由表1可知，3種羅漢松葉片葉綠素a含量在四季中差異明顯。貴妃羅漢松春、夏季節(jié)間葉綠素含量差異顯著，秋冬季節(jié)差異不顯著；海南羅漢松和本地羅漢松葉綠素a含量在春、夏、秋3個季節(jié)間差異不明顯，而在冬季差異顯著；3種羅漢松葉綠素a含量均在夏季達到最大，且海南羅漢松最高為1 049.76 μg/g。3種羅漢松葉綠素a含量季節(jié)性動態(tài)變化表現(xiàn)為夏季＞秋季＞春季＞冬季，在品種間的葉綠素a含量為海南羅漢松（708.17 μg/g，F(xiàn)W）＞貴妃羅漢松（518.14 μg/g，F(xiàn)W）＞本地羅漢松（309.48 μg/g，F(xiàn)W）。葉綠素b含量和類胡蘿卜素含量在季節(jié)動態(tài)變化上基本一致、表現(xiàn)為夏季＞春季＞秋季＞冬季，葉綠素b含量和類胡蘿卜素含量均在夏季達到最大，且海南羅漢松為最高、分別為568.99 μg/g和90.16 μg/g，具體為海南羅漢松＞本地羅漢松＞貴妃羅漢松。經(jīng)方差分析可知，3種羅漢松葉綠素b含量和類胡蘿卜素含量在季節(jié)性間差異顯著性規(guī)律基本一致，貴妃羅漢松在春、夏、秋3個季節(jié)間差異不顯著、而在冬季差異明顯，海南羅漢松和本地羅漢松在春冬季節(jié)間差異不明顯、而在夏秋季節(jié)間差異顯著。葉綠素（a+b）是植物葉綠素的總和表征，3種羅漢松總?cè)~綠素含量季節(jié)動態(tài)變化為夏季＞秋季＞春季＞冬季，種間變化規(guī)律為海南羅漢松（1 046.78 μg/g，F(xiàn)W）＞貴妃羅漢（650.35 μg/g，F(xiàn)W）＞本地羅漢松（549.80 μg/g，F(xiàn)W）。

表1 3種羅漢松光合色素含量季節(jié)性變化

3 結(jié)論與討論

植物在生長發(fā)育過程中隨季節(jié)性的更替其生理特性也發(fā)生不同程度的變化。本研究結(jié)果表明，在南寧當(dāng)?shù)丨h(huán)境下，3種羅漢松生理生化指標(biāo)對季節(jié)性變化的響應(yīng)機制各不相同，其中海南羅漢松生理生化指標(biāo)大于貴妃羅漢松和本地羅漢松，表明在南寧海南羅漢松生長更占優(yōu)勢，更適合南寧園林景觀栽培育種。

可溶性糖作為植物的主要碳源由光合作用產(chǎn)生，其含量受自身合成與分解共同作用[11]。本研究中，3種羅漢松可溶性糖含量除貴妃羅漢松外均在冬季達到最大，其原因一方面是冬季氣溫低，植物需要通過累積可溶性糖來提高細胞液濃度、增加細胞內(nèi)的非結(jié)冰水，從而增強自身的抗寒能力[12]；另一方面是羅漢松在冬季低溫環(huán)境下其葉片、根系等器官為了能夠正常適應(yīng)冬季寒冷環(huán)境，需要通過儲存大量的可溶性糖來增強其抗凍性，保持正常生長。本研究發(fā)現(xiàn)，隨季節(jié)變化，3種羅漢松的可溶性糖含量累積各不相同，其中在氣溫降低的秋冬季節(jié)含量均較高，這與齊代華[13]對長葉竹柏低溫脅迫生理變化的研究結(jié)果一致，說明可溶性糖有利于植物抗寒性的提高。可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸是植物三大滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)[14]。本試驗結(jié)果表明，3種羅漢松秋季可溶性蛋白含量達到最高，而夏季降至最低，在春冬季節(jié)逐漸表現(xiàn)為上升趨勢。主要是因為蛋白質(zhì)的合成與分解受氣溫影響，高溫條件下蛋白質(zhì)容易發(fā)生化學(xué)變性、不利于合成，而夏季氣溫較高，植物體內(nèi)蛋白質(zhì)合成速率變緩，而在春冬季節(jié)氣溫相對較低，植物為適應(yīng)寒冷環(huán)境通過提高可溶性蛋白的含量增加細胞液濃度，降低冰點溫度，保持植物正常過冬，這與Charest等[15]的研究結(jié)果一致。脯氨酸是一種游離氨基酸，不僅可以調(diào)節(jié)植物的滲透壓平衡，同時也是植物碳氮累積的一種途徑。有研究表明，脯氨酸含量與可溶性糖含量存在一定的相關(guān)性，通常是植物抗逆性的表征[16-18]。本研究結(jié)果表明，3種羅漢松中，以海南羅漢松的脯氨酸含量最高，說明在同一環(huán)境下海南羅漢松抗逆性更強。

SOD、POD、CAT是植物體內(nèi)的三大保護酶系統(tǒng)，廣泛存在于植物體內(nèi)。SOD主要清除植物體內(nèi)氧化過程中多余的氧自由基，避免植物體內(nèi)因過多的氧自由基而產(chǎn)生傷害。有研究表明，植物體內(nèi)SOD活性在季節(jié)性動態(tài)變化中，隨季節(jié)氣溫的逐漸降低，會出現(xiàn)先升后降的趨勢[19]。本研究中3種羅漢松SOD活性變化呈先升后降的趨勢，季節(jié)變化表現(xiàn)為秋季＞冬季＞春季＞夏季，這與前人研究結(jié)果一致。POD是植物體內(nèi)一類氧化還原酶，具有較高活性適應(yīng)性，通常是植物生長發(fā)育、體內(nèi)代謝和適應(yīng)環(huán)境的酶系表征[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，3種羅漢松葉片POD活性四季變化順序均表現(xiàn)為春季＞夏季＞冬季＞秋季，其中海南羅漢松的POD活性最大，由此推測海南羅漢松對環(huán)境的適應(yīng)性更強，春季是羅漢松生長發(fā)育的最佳時節(jié)。CAT廣泛存在于植物細胞內(nèi)，是平衡植物體內(nèi)過氧化氫的主要酶，有研究表明CAT在植物的抗旱、抗病等方面起著重要作用[21-22]。本研究發(fā)現(xiàn)3種羅漢松CAT活性最大的是海南羅漢松，在季節(jié)變化中夏季最大，表明在相同環(huán)境下海南羅漢松抗逆性最強。

葉綠素是植物的主要光合色素，在植物體內(nèi)通過一系列的化學(xué)反應(yīng)電子傳遞來參與植物的光合作用。本研究中3種羅漢松光合色素均在夏季達到最大，其原因一方面是夏季光照強度大，植物光合能力較強，光合色素的合成速率較快；另一方面是植物的色素合成和累積受葉片自身的形態(tài)性狀決定，一般厚革質(zhì)葉片色素含量要高于硬革質(zhì)葉片。本試驗結(jié)果表明，海南羅漢松總色素含量要高于貴妃羅漢松和本地羅漢松，說明在相同條件下，海南羅漢松的光合作用強于其他兩種羅漢松。